CN113651538A - 一种熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，包括水洗飞灰、飞灰配伍、混合料预处理、等离子体熔融、水淬、破碎筛分、坯料成型、烧结晶化，将所述过筛混合料送入等离子体熔融炉中进行熔融处理，等离子体熔融炉提供的温度范围一般在4000—7000℃。将飞灰高温熔融液排出，用增压水流来喷射从排渣口流出的熔渣，使其急冷固化得到水淬玻璃体渣。将水淬玻璃体渣破碎至一定粒径后经过筛分装置筛分。将筛分好的玻璃体粉末压缩成型。将压缩成型的玻璃体坯料在850～10050℃下烧结2h，使玻璃体原料晶化，之后随炉自然冷却至室温，形成微晶玻璃。本发明可以将飞灰完全无害化、减量化，使危险废弃物的资源化，最大限度的将固体废弃物进行有效利用。
Description
技术领域
本发明属于固体废物的无害化与资源化处置技术领域，具体而言，涉及一种利用热等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法。
背景技术
当前，我国正处于城镇化快速发展的时期，生活垃圾产量逐年增高，垃圾焚烧作为一种十分有效的垃圾处理方式得到了广泛的应用，但随之产生了新问题——生活垃圾焚烧飞灰的处理。垃圾飞灰因富集了高含量且易浸出的重金属以及高毒性的二噁英类有机致癌物，在我国被规定为危险废弃物(代码HW18)。
目前，国内外垃圾飞灰无害化处理技术主要有水泥固化、烧结固化、熔融固化和药剂稳定化等。其中熔融固化处理技术将垃圾飞灰与添加剂混合后在1000～1600℃高温下熔融，其高温高效的特性可有效分解飞灰中的二噁英，同时具有减容率高、熔渣性质稳定、可再生利用等优点，应用最为广泛。
在高温熔融处理过程中，飞灰中的二恶英等有机污染物可有效地被消解，同时飞灰中沸点较低的重金属主要以氯盐的形式挥发并可以二次飞灰的形式进行回收，其余的重金属则转移到玻璃熔渣中。熔融使飞灰减容和减量2/3左右，得到的熔渣可以作为路基材料、微晶玻璃的基础玻璃、混凝土骨料、沥青骨料等，达到资源再利用的目的。
对于垃圾焚烧飞灰的熔融处理，目前已有技术包括微波熔融技术、电弧炉熔融技术、热等离子体炉熔融技术等，对于微晶玻璃的制备，目前已有技术包括熔融法和粉末烧结法。
专利文献CN109399938A公开了一种城市生活垃圾焚烧飞灰微波熔融制备微晶玻璃的方法，该方法将城市生活垃圾焚烧飞灰、SiO2和Al2O3球磨混合均匀，过筛后进行微波熔融处理，即得到建筑装饰用微晶玻璃。该发明专利利用微波一步熔融法实现对垃圾焚烧飞灰的无害化、资源化与高附加值化处理。
专利文献CN102531389A公开了一种垃圾焚烧飞灰电弧炉熔融制备微晶玻璃的方法，以水洗预处理后的垃圾焚烧飞灰为主要原料，与晶核剂TiO2、Cr2O3中的一种混合，混合后送电弧炉高温熔融处理，将熔融后流出的液态熔渣直接浇筑到预热的成型模具中，浇筑成型后的熔渣转移到热处理炉进行退火、晶化处理及后续磨光制成微晶玻璃。
上述发明专利中对垃圾焚烧飞灰的熔融热处理方法虽然能够将飞灰中大部分挥发性有毒物质热解汽化，将无法汽化的有毒物质固化在熔渣中，但其热源温度相对较低，导致熔融时间较长，无法在短时间内处理较多的固体废弃物，同时较低的温度还会带来较低的冷却速率，容易造成亚稳态和非平衡组合成分的出现，其次上述热源能量密度相对较低，无法做到在一个小的反应器中处理大量的固体废弃物，另外上述熔融炉可控参数较少，产生的微晶玻璃品种相对单一。此外，上述发明专利在微晶玻璃的制备工艺中都采用了熔融法制备微晶玻璃，该方法步骤简单，便于操作，但无法去除原材料中的杂质，容易降低微晶玻璃的物理性能。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明的目的在于克服现有技术中固化稳定法与化学稳定法这两种技术无法完全无害、减量化及资源化垃圾焚烧飞灰的缺陷，以及现有的飞灰高温熔融技术中所使用的燃烧式、电弧式、电阻式、感应式熔融炉的能量利用率低、处理时间长及经济附加值低的缺陷，同时克服目前在制备微晶玻璃中常用的熔融法技术无法去除原料中的杂质的缺陷，提供了一种利用等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种利用热等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，该方法包括如下步骤：
1)水洗飞灰：将飞灰与水按照质量与体积比1:3—8的比例混合后送入到水洗装置中，在水洗装置中将飞灰通过搅拌的方式进行水洗0.5—4h后，待沉淀后将上清液排放到污水收集装置中，下层的泥水混合液进入到离心机脱水装置中进行脱水处理，处理后送入到干燥装置进行烘干，得到水洗后的干燥飞灰。
2)飞灰配伍：以水洗后的飞灰作为主要原料，加入如SiO2、Al2O3、CaO等添加剂并混合均匀，添加剂在混合料中的质量占比一般为30—50％。
3)混合料预处理：混合料的预处理包括研磨和过筛，将配伍好的混合料放入研磨装置中进行研磨，研磨完成后进行过筛处理。
4)等离子体熔融：将所述过筛混合料送入等离子体熔融炉中进行熔融处理，等离子体熔融炉提供的温度范围一般在4000—7000℃。
5)水淬：将飞灰高温熔融液排出，用增压水流来喷射从排渣口流出的熔渣，使其急冷固化得到水淬玻璃体渣。
6)破碎筛分：将水淬玻璃体渣破碎至一定粒径后经过筛分装置筛分。
7)坯料成型：将筛分好的玻璃体粉末压缩成型。
8)烧结晶化：将压缩成型的玻璃体坯料在850～10050℃下烧结2h，使玻璃体原料晶化，之后随炉自然冷却至室温，形成微晶玻璃。
本发明的工作原理：
本发明所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，利用等离子体熔融法，对垃圾焚烧飞灰进行无害化、资源化与高附加值化的处理，得到的微晶玻璃的各项重金属指标均低于国家危险废物鉴别标准(GB5085.3-2007)规定限值，莫氏硬度、弯曲强度与耐酸碱等测试均符合建筑装饰用微晶玻璃国家标准(JC/T872-2000)。
本发明专利提供了一种利用高温等离子体熔融垃圾焚烧飞灰并将熔融液制备为高性能建筑材料微晶玻璃的方法，原料为由垃圾焚烧飞灰与SiO2、Al2O3、CaO等组成的混合料，首先将混合料通过高温等离子体射流进行熔融形成高温熔融液，在该过程中，混合物中的无机成分熔融，有机成分被分解成合成气(主要成分为CO和H2)直接燃烧处理，气化过程中等离子体能够加热合成气至1200～1300℃的高温，可以将复杂的有机物质彻底分解成简单的小分子物质，避免了二噁英和呋喃等有毒物质的产生。再将形成的高温熔融液进行水淬处理作为制备微晶玻璃的原料，采用粉末烧结法制备微晶玻璃。
本发明的有益效果：
本发明所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，提供的制备方法能量利用率高、熔融时间短；同时本方法可以将飞灰完全无害化、减量化，并且做到了危险废弃物的资源化，最大限度的将固体废弃物进行有效利用，省时、省力、无污染。
附图说明
图1为本发明所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述一下本发明的具体内容。
如图1所示，本发明所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
1)水洗飞灰：将飞灰与水按照质量与体积比1:3—8的比例混合后送入到水洗装置中，在水洗装置中将飞灰通过搅拌的方式进行水洗0.5—4h后，待沉淀后将上清液排放到污水收集装置中，下层的泥水混合液进入到离心机脱水装置中进行脱水处理，处理后送入到干燥装置进行烘干，得到水洗后的干燥飞灰。
2)飞灰配伍：以水洗后的飞灰作为主要原料，加入如SiO2、Al2O3、CaO等添加剂并混合均匀，添加剂在混合料中的质量占比一般为30—50％。
3)混合料预处理：混合料的预处理包括研磨和过筛，将配伍好的混合料放入研磨装置中进行研磨，研磨完成后进行过筛处理。
4)等离子体熔融：将所述过筛混合料送入等离子体熔融炉中进行熔融处理，等离子体熔融炉提供的温度范围一般在4000—7000℃。
5)水淬：将飞灰高温熔融液排出，用增压水流来喷射从排渣口流出的熔渣，使其急冷固化得到水淬玻璃体渣。
6)破碎筛分：将水淬玻璃体渣破碎至一定粒径后经过筛分装置筛分。
7)坯料成型：将筛分好的玻璃体粉末压缩成型。
8)烧结晶化：将压缩成型的玻璃体坯料在850～10050℃下烧结2h，使玻璃体原料晶化，之后随炉自然冷却至室温，形成微晶玻璃。
其中一个实施例中，
将飞灰与水按体积质量比1:5(m/V)的比例混合送入水洗罐中，水洗2h，静置待完全沉淀后，上层清液排放到污水处理装置中，经过沉淀、过滤和蒸发制得KCl、NaCl和重金属沉淀物；下层泥水混合液经由离心脱水后烘干，得到水洗干燥飞灰，飞灰水洗前后各成分含量如表1所示。
表1实施例中飞灰水洗前后各成分含量(质量百分比/wt％)
将所述水洗干燥飞灰中加入SiO2、Al2O3作为添加剂，作为对飞灰中用以形成玻璃的原料的补充，含量按质量百分比分别为26％、14％。
将所述飞灰混合物送入到球磨机中，球磨机转速为500r/min，球磨时间为30min，研磨完成后选用200目筛网过筛，得到过筛混合物。
将所述过筛混合物通过喷口喷入等离子体熔融炉内，熔融炉内等离子体炬产生的高温等离子体射流将熔化混合物，形成液态熔融液。
熔融液从熔融炉内排出，在空中由增压水流进行急冷水淬形成玻璃体熔渣并落入到水淬槽中静置30min后排出。
将所述水淬玻璃体渣送入破碎机进行破碎后筛分，筛分粒径<4.75mm，未达要求的玻璃体熔渣将返回破碎机重新破碎。
将破碎筛分后的玻璃体粉末在模具中压缩成型，将所述模具送入晶化炉中，在1150℃下烧结2h进行晶化，形成微晶玻璃，其主要晶相为透辉石CaMgSi2O6和钙黄长石Ca2Al2SiO7。
综上所述，本发明可以将飞灰完全无害化、减量化，并且做到了危险废弃物的资源化，最大限度的将固体废弃物进行有效利用，省时、省力、无污染。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。前、后、左、右、末端、前端等方位指示词仅为说明结构，非限定。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.水洗飞灰：
将飞灰与水按照质量与体积比1:3—8的比例混合后送入到水洗装置中，在水洗装置中将飞灰通过搅拌的方式进行水洗0.5—4h后，待沉淀后将上清液排放到污水收集装置中，下层的泥水混合液进行脱水处理，处理后送入到干燥装置进行烘干，得到水洗后的干燥飞灰。
S2.飞灰配伍：
以水洗后的飞灰作为主要原料，加入添加剂并混合均匀，添加剂在混合料中的质量占比一般为30—50％。
S3.混合料预处理：
混合料的预处理包括研磨和过筛，将配伍好的混合料放入研磨装置中进行研磨，研磨完成后进行过筛处理。
S4.等离子体熔融：
将所述过筛混合料送入等离子体熔融炉中进行熔融处理，等离子体熔融炉提供的温度范围为4000—7000℃。
S5.水淬：
将飞灰高温熔融液排出，用增压水流来喷射从排渣口流出的熔渣，使其急冷固化得到水淬玻璃体渣。
S6.破碎筛分：
将水淬玻璃体渣破碎至一定粒径后经过筛分装置筛分。
S7.坯料成型：
将筛分好的玻璃体粉末压缩成型。
S8.烧结晶化：
将压缩成型的玻璃体坯料在850～10050℃下烧结2h，使玻璃体原料晶化，之后随炉自然冷却至室温，形成微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于：S1.水洗飞灰进入到离心机脱水装置中进行脱水处理。
3.根据权利要求1或2所述的熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，其特征在于：S2.飞灰配伍中，添加剂包括以下至少之一：SiO2、Al2O3、CaO。
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